Analyse des procédés de première génération de transformation de la biomasse en carburants liquides

L’objectif de ce troisième chapitre est donc d’étudier plus précisément les procédés de production de ces carburants et d’en identifier les principales voies d’amélioration. La section I présentera la méthodologie appliquée pour atteindre ces objectifs. Les sections II et III décriront ensuite respectivement les connaissances disponibles sur les procédés actuels et les bases nécessaires à l’étude de leurs différentes étapes unitaires. Ceci permettra de réaliser une simulation des procédés et d’identifier et étudier le potentiel, en termes d’amélioration des bilans d’ACV, de nouveaux schémas de production. Les résultats de cette analyse seront exposés à la section IV. Enfin la section V, en s’attachant à déterminer les coûts de production des carburants végétaux, visera à identifier les éléments de contexte favorables à l’émergence des variantes de procédés précédemment définies. L’approche employée ici pour déterminer les voies d’amélioration des procédés est résumée schématiquement à la figure III.2, page suivante. La méthodologie se décompose en quatre phases : une analyse bibliographique identifiant la structure des procédés à étudier ainsi que les connaissances théoriques à mobiliser, une simulation des procédés de référence et des variantes d’intérêt, un bilan d’ACV limitée à la phase de transformation de la biomasse en carburants liquides, et enfin l’analyse des résultats et les conclusions.

Approche appliquée

L’ensemble de l’approche a été appliquée aux procédésde production d’éthanol alors que la phase de simulation a été exclue pour l’étude de la production d’EMHV. En effet l’intérêt de ce travail de simulation tient à son exploitation par intégration thermique. Or si le besoin en énergie thermique de la transformation de la biomasse en éthanol est un facteur clef des procédés mais également des filières dans leur ensemble (voir chapitre II, section II.4), c’est moins le cas des procédés EMHV pour lesquels ce besoin représente de l’ordre de 50 à 60 % des besoins énergétiques du procédé (voir figure III.1), phase du cycle de vie elle-même moins prépondérante que dans le cas de l’éthanol. Le premier objectif de l’analyse bibliographique est de décrire le principe de fonctionnement des procédés de transformation de la biomasse en carburants liquides de première génération, et d’identifier les technologies actuelles. Ainsi un procédé de référence est défini pour chaque filière (voir sections II.1 et II.2) et servira par la suite de base de comparaison pour les résultats d’ACV obtenus. Les éléments théoriques et les hypothèses nécessaires à la simulation des procédés à partir de leur description sont donnés à la section III.A partir de ces connaissances, la simulation des procédés permet d’obtenir l’ensemble des flux de matière et d’énergie mis en jeu au sein des procédés étudiés. Puis, notamment selon la répartition des besoins en chaleur et des niveaux de température, les étapes unitaires essentielles sont identifiées et les variantes technologiques d’intérêt leur sont appliquées. La méthode d’Analyse Énergétique des Procédés (voir section I.2) traduit ensuite les résultats de chaque cas de simulation en besoins énergétiques globaux du site de transformation.

A partir de la quantification des besoins énergétiques du site, ainsi que des quantités obtenues de co-produits, une ACV est réalisée pour chaque variante étudiée afin de définir l’impact, en termes de consommations d’énergie et d’émissions de gaz à effet de serre, des systèmes comparés. Pour chaque variante, les frontières du système comprennent le site de transformation de la biomasse et les filières de substitution des co-produits, décrites à la section II.3. La règle d’affectation employée est donc celle des impacts évités. L’indicateur de consommation d’énergie est relatif à l’énergie primaire, et celui d’émissions de gaz à effet de serre considère les trois gaz à effet de serre CO2,CH4 et N2O, sur la base des Pouvoirs de Réchauffement Global définis par le quatrième rapport de l’IPCC pour un horizon de 100 ans, soit respectivement 1, 25 et 298 [110].